(57)【要約】【課題】立体視に用いられる視差画像を元の視差画像より高解像度化することができる立体表示装置を提供する。【解決手段】第１の方向及び第１の方向と交差する第２の方向の少なくとも一方に予め定めた曲率で湾曲した表示面を有し、この表示面に沿って第１の視差画像を表示する表示部と、表示面の湾曲方向に配列された複数の光学素子を有し、第１の視差画像を複数の光学素子に対応する部分画像毎に縮小して、表示面より面積が小さく且つ表示面と同じ曲率中心の周りに湾曲した結像面に沿って第２の視差画像を結像する縮小光学系と、結像面と視点との間に配置され、第２の視差画像が立体視されるように機能する立体視用光学系と、を備えた立体表示装置とする。【選択図】図１
2013068682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向及び前記第１の方向と交差する第２の方向の少なくとも一方に予め定めた曲率で湾曲した表示面を有し、前記表示面に沿って第１の視差画像を表示する表示部と、
前記表示面の湾曲方向に配列された複数の光学素子を有し、前記第１の視差画像を前記複数の光学素子に対応する部分画像毎に縮小して、前記表示面より面積が小さく且つ前記表示面と同じ曲率中心の周りに湾曲した結像面に沿って第２の視差画像を結像する縮小光学系と、
前記結像面と視点との間に配置され、前記第２の視差画像が立体視されるように機能する立体視用光学系と、
を備えた立体表示装置。
【請求項２】
前記縮小光学系は、前記複数の部分画像の各々に対応する複数の縮小部分画像が、前記結像面に隙間なく配列されるように第２の視差画像を結像する、請求項１に記載の立体表示装置。
【請求項３】
前記結像面と前記立体視用光学系との間に配置され、前記表示面と同じ曲率中心の周りに湾曲し且つ入射した光を拡散させる拡散板を更に備えた、請求項１または請求項２に記載の立体表示装置。
【請求項４】
前記部分画像、当該部分画像に対応する光学素子、及び当該部分画像に対応する縮小部分画像を１つの組として、複数の組が前記曲率中心を基点として等間隔で放射線状に配置される、請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の立体表示装置。
【請求項５】
前記互いに隣接する組間で且つ前記結像面よりも表示部側に配置され、前記互いに隣接する組間で光を遮断する遮光部材が配置される、請求項４に記載の立体表示装置。
【請求項６】
前記立体視用光学系は、レンズアレイ方式またはパララックスバリア方式により、前記第２の視差画像が立体視されるように機能する、請求項１から請求項５までの何れか１項に記載の立体表示装置。
【請求項７】
前記第１の視差画像が、３個以上の視点数に応じて複数の画像が合成された合成画像である、請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の立体表示装置。
【請求項８】
前記第１の方向と前記第２の方向とが直交し、前記表示部が前記第１の方向及び前記第２の方向に湾曲した表示面を有する、請求項１から請求項７までの何れか１項に記載の立体表示装置。
【請求項９】
前記縮小光学系が、前記表示面の湾曲方向に配列された複数の凸部を有するレンチキュラーレンズである、請求項１から請求項８までの何れか１項に記載の立体表示装置。
【請求項１０】
前記立体視用光学系がレンズアレイ方式で機能する場合に、前記縮小光学系と前記立体視用光学系とを一体化された光学部材として構成する、請求項９に記載の立体表示装置。
【請求項１１】
前記表示部が前記第１の方向及び前記第２の方向に湾曲した表示面を有する場合に、
前記縮小光学系は、複数の光学素子が前記第１の方向及び前記第２の方向に二次元状に配列されたレンズアレイである、請求項１から請求項１０までの何れか１項に記載の立体表示装置。
【請求項１２】
前記レンズアレイが、フライアイレンズまたはロッドレンズアレイである、請求項１１に記載の立体表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、複数の液晶パネルの画像をレンティキュラスクリーンへ光学的に重畳して投写する投写型立体表示装置において、液晶パネルの水平画素配列方向にメニスカスレンズを配列したレンティキュラ板と、該液晶パネルの画素ピッチと同じピッチで開口を有し、該開口の幅は、該液晶パネルの画素開口幅より狭いブラックストライプ板と、を有し、該液晶パネルの射出光を前記レンティキュラ板へ入射させ、前記レンティキュラ板の出射光を該ブラックストライプ板を通過させてレンティキュラスクリーン上に投写するように構成したことを特徴とする投写型立体表示装置が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、複数の液晶パネルの画像をレンティキュラスクリーンへ光学的に重畳して投写する立体表示装置において、液晶パネルの水平画素配列方向に、メニスカスレンズを配列したレンティキュラ板と、該レンティキュラ板の出射光を前記液晶パネルへ入射させ、前記液晶パネルからの画像が投写されるレンティキュラスクリーンと、から成り、前記液晶パネルからの画像を該レンティキュラスクリーン上に投写するように構成した投写型立体表示装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−２３２４３５号公報
【特許文献２】特開平０５−２３２６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、立体視に用いられる視差画像を元の視差画像より高解像度化することができる立体表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、第１の方向及び前記第１の方向と交差する第２の方向の少なくとも一方に予め定めた曲率で湾曲した表示面を有し、前記表示面に沿って第１の視差画像を表示する表示部と、前記表示面の湾曲方向に配列された複数の光学素子を有し、前記第１の視差画像を前記複数の光学素子に対応する部分画像毎に縮小して、前記表示面より面積が小さく且つ前記表示面と同じ曲率中心の周りに湾曲した結像面に沿って第２の視差画像を結像する縮小光学系と、前記結像面と視点との間に配置され、前記第２の視差画像が立体視されるように機能する立体視用光学系と、を備えた立体表示装置である。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記縮小光学系は、前記複数の部分画像の各々に対応する複数の縮小部分画像が、前記結像面に隙間なく配列されるように第２の視差画像を結像する、請求項１に記載の立体表示装置である。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記結像面と前記立体視用光学系との間に配置され、前記表示面と同じ曲率中心の周りに湾曲し且つ入射した光を拡散させる拡散板を更に備えた、請求項１または請求項２に記載の立体表示装置である。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、前記部分画像、当該部分画像に対応する光学素子、及び当該部分画像に対応する縮小部分画像を１つの組として、複数の組が前記曲率中心を基点として等間隔で放射線状に配置される、請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の立体表示装置である。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、前記互いに隣接する組間で且つ前記結像面よりも表示部側に配置され、前記互いに隣接する組間で光を遮断する遮光部材が配置される、請求項４に記載の立体表示装置である。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、前記立体視用光学系は、レンズアレイ方式またはパララックスバリア方式により、前記第２の視差画像が立体視されるように機能する、請求項１から請求項５までの何れか１項に記載の立体表示装置である。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、前記第１の視差画像が、３個以上の視点数に応じて複数の画像が合成された合成画像である、請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の立体表示装置である。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、前記第１の方向と前記第２の方向とが直交し、前記表示部が前記第１の方向及び前記第２の方向に湾曲した表示面を有する、請求項１から請求項７までの何れか１項に記載の立体表示装置である。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、前記縮小光学系が、前記表示面の湾曲方向に配列された複数の凸部を有するレンチキュラーレンズである、請求項１から請求項８までの何れか１項に記載の立体表示装置である。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、前記立体視用光学系がレンズアレイ方式で機能する場合に、前記縮小光学系と前記立体視用光学系とを一体化された光学部材として構成する、請求項９に記載の立体表示装置である。
【００１６】
請求項１１に記載の発明は、前記表示部が前記第１の方向及び前記第２の方向に湾曲した表示面を有する場合に、前記縮小光学系は、複数の光学素子が前記第１の方向及び前記第２の方向に二次元状に配列されたレンズアレイである、請求項１から請求項１０までの何れか１項に記載の立体表示装置である。
【００１７】
請求項１２に記載の発明は、前記レンズアレイが、フライアイレンズまたはロッドレンズアレイである、請求項１１に記載の立体表示装置である。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載の発明によれば、立体視に用いられる視差画像（第２の視差画像）を、元の視差画像（第１の視差画像）より高解像度化することができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、複数の縮小部分画像が連続的に配列された第２の視差画像を得ることができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、拡散板を備えない場合と比較して、視域を拡大することができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、本構成を備えない場合と比較して、光学系の設計を容易化することができる。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、組間でのクロストークを低減することができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明によれば、レンズアレイ方式、パララックスバリア方式等、一般的な立体視の原理に基づいて、第２の視差画像を立体視することができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明によれば、視点数が３以上に増加した場合でも、視点数に応じて第２の視差画像の高解像度化を図ることができ、自然な立体感を実現することができる。
【００２５】
請求項８に記載の発明によれば、第１の方向及び第２の方向の両方において、多視点化することができる。
【００２６】
請求項９に記載の発明によれば、シート状のレンチキュラーレンズを湾曲させて用いる等、縮小光学系の設計を容易化することができる。
【００２７】
請求項１０に記載の発明によれば、本構成を備えない場合と比較して、部品点数が少なくなり、製造工程を簡素化することができる。
【００２８】
請求項１１に記載の発明によれば、第１の方向及び第２の方向の両方において、多視点化することができる。
【００２９】
請求項１２に記載の発明によれば、フライアイレンズ、ロッドレンズアレイ等の一般的なレンズアレイを用い、第１の方向及び第２の方向の両方において、多視点化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）はレンズアレイ方式による立体視の原理を説明するための模式図である。
【図２】パララックスバリア方式による立体視の原理を説明するための模式図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る立体表示装置の構成の一例を示す分解斜視図である。
【図４】図３に示す立体表示装置の断面図である。
【図５】図４に示す各組の結像特性を示す光軸に沿った断面図である。
【図６】縮小光学系の設計方法の一例を説明するための概略図である。
【図７】縮小光学系の設計方法の一例を説明するための概略図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る立体表示装置の構成の一例を示す分解斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る立体表示装置の構成の一例を示す分解斜視図である。
【図１０】縮小光学系と立体視用光学系とが一体化された変形例を示す断面図である
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００３２】
＜立体表示方式＞
まず、本実施の形態に係る立体表示装置で用いられる立体表示方式について簡単に説明する。本実施の形態に係る立体表示装置では、レンズアレイ方式、パララックスバリア方式等、視点毎に異なる二次元画像を用意して、視点間に生じる視差に基づいて三次元画像（立体像）を表示する立体表示方式を用いる。これら視差に基づいて立体視を行う立体表示方式は「視差方式」と称される。以下では、左右両眼に生じる視差に基づいて立体視を行う「両眼視差方式」を例に、レンズアレイ方式及びパララックスバリア方式の立体視の原理について説明する。
【００３３】
（レンズアレイ方式）
図１（Ａ）及び（Ｂ）はレンズアレイ方式による立体視の原理を説明するための模式図である。図１（Ａ）に示すように、右眼用の二次元画像１と、左眼用の二次元画像２とが用意される。右眼用画像１は、第１の方向（図１（Ａ）における横方向）に沿って複数の短冊状の画像片１Ａ〜１Ｆに分割される。以下では、複数の画像片が並ぶ第１の方向を「横方向」と称し、第１の方向と交差する第２の方向を「縦方向」と称する。
【００３４】
左眼用画像２は、横方向に沿って複数の短冊状の画像片２Ａ〜２Ｆに分割される。複数の画像片１Ａ〜１Ｆ、２Ａ〜２Ｆは、１Ａ→２Ａ→１Ｂ→２Ｂ→・・・→１Ｆ→２Ｆというように、右眼用と左眼用とが交互に配置されるように並べられる。これにより、右眼用画像１と左眼用画像２とが合成された視差画像３が得られる。
【００３５】
図１（Ｂ）に示すように、レンズアレイ方式では、視差画像３と右側視点５及び左側視点６との間に、レンチキュラーレンズ４が配置されている。レンチキュラーレンズ４は、視点側に突出した複数の凸部４Ａ〜４Ｆを有している。複数の凸部４Ａ〜４Ｆは、横方向に沿って配列されている。両眼視差方式では、視点数は「２」である。凸部４Ａに画像片１Ａ及び２Ａを対応付け、凸部４Ｂに画像片１Ｂ及び２Ｂを対応付けるというように、複数の凸部４Ａ〜４Ｆの各々には、視点数分の画像片が対応付けられている。
【００３６】
レンチキュラーレンズ４は、右側視点５からの視線（実線で図示）が右眼用画像１の画像片１Ａ〜１Ｆの各々に届くと共に、左側視点６からの視線（点線で図示）が左眼用画像２の画像片２Ａ〜２Ｆの各々に届くように構成されている。換言すれば、右眼で右眼用画像１を見ると同時に、左眼で左眼用画像２を見ることになる。このときの両眼視差により、視差画像３から三次元画像（立体像）が見えるようになる。
【００３７】
なお、上記では「両眼視差方式」を例に立体視の原理について説明したが、視点数は「２」に限定される訳ではなく、視点数を３以上に増やしてもよい。視点数が多くなるほど自然な立体感が実現される。例えば、上記の例で視点数を「８」とすると、複数の凸部４Ａ〜４Ｆの各々には８個の画像片が対応付けられる。従って、視点数を増やすためには、視差画像３の解像度を向上させる必要がある。
【００３８】
（パララックスバリア方式）
図２はパララックスバリア方式による立体視の原理を説明するための模式図である。図２に示すように、パララックスバリア方式では、視差画像３と右側視点５及び左側視点６との間に、視差バリア７が配置されている。視差バリア７は、縦方向に長いスリット状に開口した複数の開口部７Ａ〜７Ｆを有している。複数の開口部７Ａ〜７Ｆは、横方向に沿って配列されている。開口部７Ａに画像片１Ａ及び２Ａ、開口部７Ｂに画像片１Ｂ及び２Ｂというように、複数の開口部７Ａ〜７Ｆの各々には視点数分の画像片が対応付けられている。
【００３９】
視差バリア７には、右側視点５からの視線（実線で図示）が右眼用画像１の画像片１Ａ〜１Ｆの各々に届くと共に、左側視点６からの視線（点線で図示）が左眼用画像２の画像片２Ａ〜２Ｆの各々に届くように、複数の開口部７Ａ〜７Ｆが形成されている。なお、右側視点５からの視線は、視差バリア７により遮断されて左眼用画像２の画像片には届かず、左側視点６からの視線は、視差バリア７により遮断されて右眼用画像１の画像片には届かない。
【００４０】
レンズアレイ方式と同様に、右眼で右眼用画像１を見ると同時に、左眼で左眼用画像２を見ることになる。このときの両眼視差により、視差画像３から三次元画像（立体像）が見えるようになる。また、レンズアレイ方式と同様に、視点数を増やしてもよい。
【００４１】
＜立体表示装置−第１の実施の形態−＞
次に、第１の実施の形態に係る立体表示装置について説明する。
【００４２】
（立体表示装置の構成）
図３は本発明の第１の実施の形態に係る立体表示装置の構成の一例を示す分解斜視図である。図４は図３に示す立体表示装置の横方向に沿った断面図である。図３及び図４に示すように、立体表示装置１０は、表示部２０、縮小光学系３０及び立体視用光学系４０を備えている。表示部２０は、表示面２４に第１の視差画像２２を表示する。縮小光学系３０は、表示面２４に表示された第１の視差画像２２を縮小して、結像面６０に第２の視差画像６２を結像する。立体視用光学系４０は、結像面６０に結像された第２の視差画像６２が、複数の視点５２から立体視されるように機能する。表示部２０の表示面２４、縮小光学系３０、結像面６０、立体視用光学系４０、及び視点５２の各々は、表示部２０から視点５２側に向かって、この順序で配置されている。
【００４３】
表示部２０は、横方向に湾曲した表示面２４を有している。表示面２４は、曲率中心５０の周りに予め定めた曲率で湾曲した曲面である。第１の視差画像２２は、短冊状の複数の部分画像２６Ａ〜２６Ｆに区分されている。複数の部分画像２６Ａ〜２６Ｆの各々は、横方向に湾曲した表示面２４に沿って表示される。なお、各々を区別する必要がない場合には、部分画像２６Ａ〜２６Ｆを「部分画像２６」と総称する。
【００４４】
表示部２０としては、画像を表示する湾曲した表示面２４を備えていればよく、その態様は特に制限されない。例えば、画像が印刷されたカードや用紙等、一方の表示面に画像を保持するシート状の画像保持部材としてもよい。また、液晶パネル等で構成された表示面に画像を表示する画像表示装置としてもよい。或いは、スクリーン等で構成された表示面に画像を投影する画像投影装置としてもよい。
【００４５】
縮小光学系３０は、複数の光学素子３２が配列されたレンズアレイ３４として構成されている。複数の光学素子３２の各々は、横方向において物体像を縮小して結像する縮小レンズとして機能する。この例では、複数の部分画像２６Ａ〜２６Ｆの各々に対応して、複数の光学素子３２Ａ〜３２Ｆが横方向に配列されている。また、複数の光学素子３２は、表示面２４と同じ曲率中心５０の周りに予め定めた曲率で湾曲したく仮想曲面に沿って配列されている。
【００４６】
複数の光学素子３２Ａ〜３２Ｆの各々は、複数の部分画像２６Ａ〜２６Ｆの各々に対応して、結像面６０に複数の縮小部分画像６４Ａ〜６４Ｆを結像させる。結像面６０は、表示面２４と同じ曲率中心５０の周りに予め定めた曲率で湾曲した曲面である。第２の視差画像６２は、複数の縮小部分画像６４Ａ〜６４Ｆから構成されている。なお、各々を区別する必要がない場合には、光学素子３２Ａ〜３２Ｆを「光学素子３２」と総称し、縮小部分画像６４Ａ〜６４Ｆを「縮小部分画像６４」と総称する。
【００４７】
縮小光学系３０としては、表示面２４側に突出した複数の凸部が横方向に配列されたレンチキュラーレンズを用いてもよい。この場合には、レンチキュラーレンズの複数の凸部が、複数の光学素子３２に対応する。また、レンチキュラーレンズは、複数の凸部が上記の仮想曲面に沿って配列されるように、横方向に湾曲した形状とされる。
【００４８】
立体視用光学系４０は、上記のレンズアレイ方式又はパララックスバリア方式により、第２の視差画像６２が立体視されるように機能する光学系である。本実施の形態では、レンズアレイ方式で立体視を行う場合について説明する。立体視用光学系４０は、視点５２側に突出した複数の凸部が横方向に配列されたレンチキュラーレンズで構成されている。レンチキュラーレンズの複数の凸部は、表示面２４と同じ曲率中心５０の周りに予め定めた曲率で湾曲した仮想曲面に沿って配置されている。
【００４９】
ここで、図４及び図５を参照して、縮小光学系３０の複数の光学素子３２の各々に対応した光学配置について説明する。図５は図４に示す各組の結像特性を示す光軸に沿った断面図である。例えば、図５に示すように、部分画像２６Ｇは、対応する光学素子３２Ｇにより縮小されて、対応する縮小部分画像６４Ｇが結像面６０に結像される。光学素子３２Ｇの焦点距離を「ｆ」とすると、光学素子３２Ｇの主面３６から結像面６０までの距離Ｄは、ｆから２ｆまでの範囲となる。
【００５０】
この通り、部分画像２６、当該部分画像２６に対応する光学素子３２、及び当該部分画像２６に対応する縮小部分画像６４は、互いに対応付けられて１つの組７０を構成している。上記の立体表示装置１０は、複数の組７０を有している。複数の組７０は、曲率中心５０を基点として、隣接する組７０間の光軸の交差角度が等しくなるように、等間隔で放射線状に配置されている。
【００５１】
複数の組７０は、互いに等価な結像特性を有している。部分画像２６が配列される表示面２４から光学素子３２の主面までの距離は、複数の組７０間で略等しい。また、複数の光学素子３２は、略同じ焦点距離ｆを有している。従って、複数の部分画像２６の各々が同じ面積を有する場合には、略同じ倍率で縮小されて結像され、複数の縮小部分画像６４の各々は略同じ面積となる。
【００５２】
本実施の形態では、互いに等価な結像特性を有する複数の組７０を規則的に配列することで、立体表示装置１０の光学系の設計が容易化される。なお、光学系の設計例については後述する。
【００５３】
なお、部分画像２６及び縮小部分画像６４の各々は、縮小結像のために光学素子３２と対応付けられるが、立体視用光学系４０を構成する各光学素子と対応付けられる必要はない。例えば、レンチキュラー方式では、レンチキュラーレンズの複数の凸部の各々に、視点数分の画像片が対応付けられる。部分画像２６及び縮小部分画像６４の各々は、視点数分の画像片と対応していなくてもよい。縮小光学系３０の複数の光学素子３２間の間隔は、立体視用光学系４０のレンチキュラーレンズの複数の凸部間の間隔よりも、かなり大きくしてもよい。
【００５４】
（立体表示装置の動作）
次に、上記の立体表示装置１０の動作について説明する。
まず、表示部２０の湾曲した表示面２４に、第１の視差画像２２を表示する。第１の視差画像２２は、複数の部分画像２６Ａ〜２６Ｆから構成されている。複数の部分画像２６Ａ〜２６Ｆの各々は、対応する複数の光学素子３２Ａ〜３２Ｆの何れかにより縮小結像される。湾曲した結像面６０には、複数の部分画像２６Ａ〜２６Ｆの各々に対応して、複数の縮小部分画像６４Ａ〜６４Ｆが結像される。
【００５５】
第２の視差画像６２は、複数の縮小部分画像６４Ａ〜６４Ｆから構成されている。湾曲した結像面６０には、第２の視差画像６２が結像される。縮小部分画像６４の解像度は、対応する部分画像２６の解像度よりも高い。また、第２の視差画像６２の面積は、第１の視差画像２２の面積よりも小さい。従って、第２の視差画像６２の解像度は、第１の視差画像２２の解像度よりも高い。立体視用光学系４０により、第２の視差画像６２が複数の視点５２から立体視される。
【００５６】
本実施の形態では、立体視に用いる第２の視差画像６２は、第１の視差画像２２よりも高解像度化されている。高解像度の第２の視差画像６２を用いて立体視を行うので、視点数が増加してもよく、視点数の増加により自然な立体感が実現される。
【００５７】
また、本実施の形態では、複数の縮小部分画像６４Ａ〜６４Ｆは、湾曲した結像面６０に隙間なく結像される。複数の縮小部分画像６４Ａ〜６４Ｆを結像面６０に隙間なく配列することで、複数の縮小部分画像６４Ａ〜６４Ｆが連続的に配列された第２の視差画像６２が得られる。
【００５８】
＜縮小光学系の設計例＞
次に、上記した立体表示装置の縮小光学系の設計例について説明する。図６及び図７は縮小光学系の設計方法の一例を説明するための概略図である。ここでは説明を簡略化するために、縮小光学系３０の複数の光学素子３２の個数と、立体視用光学系４０のレンチキュラーレンズの複数の凸部の個数とが、同数であると仮定する。図６及び図７に示すように、横方向の断面図における各パラメータを以下の通り定義する。
【００５９】
Ｌ１：湾曲した表示面２４の弧の長さ
Ｌ２：湾曲した結像面６０の弧の長さ
Ｒ１：曲率中心５０から表示面２４までの距離（曲率半径）
Ｒ２：曲率中心５０から結像面６０までの距離（曲率半径）
ｔ：表示面２４から結像面６０までの距離
ｓｏ: 表示面２４から光学素子３２の主面３６までの距離
ｓｉ：光学素子３２の主面３６から結像面６０までの距離
θ：表示面２４及び結像面６０の拡がり角度（半角）
Δθ：隣接する組７０間の光軸の交差角度
ｐ：隣接する光学素子３２間の間隔（または、各光学素子３２の直径を表す）
２Ｎ＋１：光学素子３２の個数（組７０の個数）
Ｍ：光学素子３２の結像倍率
ｆ：光学素子３２の焦点距離
【００６０】
上記パラメータは以下の関係を満たす。
Ｌ１＝２Ｒ１θ
Ｌ２＝ＭＬ１
Ｒ２＝ＭＲ１
ｔ＝Ｒ１−Ｒ２＝Ｒ１（１−Ｍ）
【００６１】
上記の定義の下で、光学素子３２の位置を表す「距離ｓｏ」、隣接する光学素子３２の配置間隔を表す「間隔ｐ」、及び光学素子３２の結像特性を表す「焦点距離ｆ」の各々を導出する。
【００６２】
表示面２４及び結像面６０の拡がり角度（半角）はθであり、拡がり角度（全角）は２θである。（２Ｎ＋１）個の組７０が、曲率中心５０を基点として±θの範囲に等間隔で放射線状に配置される。このとき、隣接する組７０間の光軸の交差角度Δθは、下記式（１）で表される。
【００６３】
【数１】
2013068682.tif 000003
【００６４】
結像面６０に結像される第２の視差画像６２の解像度を、表示面２４に表示される第１の視差画像２２の解像度のｍ倍にしたい場合には、光学素子３２の結像倍率Ｍを（１／ｍ）とする。即ち、光学素子３２の結像倍率Ｍの場合に、解像度はｍ倍（ｍ＝１／Ｍ）まで向上する。
【００６５】
図７を参照すれば分かるように、光学素子３２の結像倍率Ｍは、上記の「距離ｔ、距離ｓｏ、距離ｓｉ」を用いて、下記式（２）で表される。
【００６６】
【数２】
2013068682.tif 000004
【００６７】
上記式（２）を書き換えると、光学素子３２の位置を表す「距離ｓｏ」は、下記式（３）で表される。
【００６８】
【数３】
2013068682.tif 000005
【００６９】
曲率中心５０から光学素子３２の主面３６までの距離は、（Ｒ２＋ｓｉ）または（Ｒ１−ｓｏ）で表される。即ち、（Ｒ２＋ｓｉ）＝（Ｒ１−ｓｏ）である。従って、隣接する光学素子３２間の「間隔ｐ」は、下記式（４）で表される。
【００７０】
【数４】
2013068682.tif 000006
【００７１】
上記式（３）及び上記式（４）を用いると、隣接する光学素子３２間の「間隔ｐ」は下記式（５）で表される。
【００７２】
【数５】
2013068682.tif 000007
【００７３】
また、光学素子３２による結像の関係は、下記式（６）で表される。
【００７４】
【数６】
2013068682.tif 000008
【００７５】
ここで、ｓｉ＝ｔ−ｓｏである。従って、上記式（３）及び上記式（６）を用いると、光学素子３２の「焦点距離ｆ」は下記式（７）で表される。
【００７６】
【数７】
2013068682.tif 000009
【００７７】
以上の通り、本実施の形態では、種々のパラメータを設定することで、光学素子３２の位置を表す「距離ｓｏ」、隣接する光学素子３２の配置間隔を表す「間隔ｐ」、及び光学素子３２の結像特性を表す「焦点距離ｆ」の各々が導出される。即ち、得たい解像度等に応じて種々のパラメータを設定することで、目的に応じた縮小光学系３０が設計される。
【００７８】
＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態に係る立体表示装置について説明する。
図８は本発明の第２の実施の形態に係る立体表示装置の構成の一例を示す分解斜視図である。図８に示すように、第２の実施の形態に係る立体表示装置１０Ａは、入射した光を拡散させる拡散板８０を更に備える以外は、第１の実施の形態に係る立体表示装置と同じ構成である。このため同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００７９】
拡散板８０は、湾曲した結像面６０と立体視用光学系４０との間に配置されている。拡散板８０は、湾曲した結像面６０の視点５２側に隣接して配置されるように、表示面２４と同じ曲率中心５０の周りに予め定めた曲率で横方向に湾曲した形状とされる。
【００８０】
レンズ等の光学素子では「Ｆ値」というパラメータが用いられる。Ｆ値は、レンズの焦点距離ｆを有効口径Φで割った値である（即ち、Ｆ＝ｆ／Φ）。Ｆ値は、レンズの明るさを表す指標として用いられる。Ｆ値が小さいほど結像面に集光できる光の量が多くなり、その時の集光角は大きくなる。
【００８１】
従って、縮小光学系３０の（各々のレンズの）Ｆ値が立体視用光学系４０の（各々のレンズの）Ｆ値よりも小さいときに、結像面６０から発散する光線の幅が立体視用光学系４０の（各々のレンズの）レンズ径以上となり、良好な観察領域（いわゆる「視域」）や立体感が得られる。一方、結像面６０からの発散光の幅が立体視用光学系４０の（各々のレンズの）レンズ径以下であれば、レンズからの出射光の幅が小さいため、視域や立体感が低下する。
【００８２】
ところが、用途によっては、縮小光学系３０のＦ値が立体視用光学系４０のＦ値よりも大きくなるように設計する場合がある。この場合であっても、拡散板８０を備えることによって、レンズ４０の方向に発散する発散光の発散角が大きくなり、視域が拡大する。この通り、本実施の形態では、結像面６０と立体視用光学系４０との間に拡散板８０を配置することで、結像面６０に結像される第２の視差画像６２の各画素からの光を拡散させる。縮小光学系３０のＦ値が大きくても、視域が拡大する。
【００８３】
＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態に係る立体表示装置について説明する。
図９は本発明の第３の実施の形態に係る立体表示装置の構成の一例を示す分解斜視図である。図９に示すように、第３の実施の形態に係る立体表示装置１０Ｂは、互いに隣接する組７０の間に、遮光部材９０を配置した以外は、第１の実施の形態に係る立体表示装置と同じ構成である。このため同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００８４】
上述した通り、立体表示装置１０Ｂは、等間隔で放射線状に配置された複数の組７０を有している。互いに隣接する組７０の間には、光を遮断する遮光部材９０が各々配置されている。遮光部材９０は、互いに隣接する組７０間で光を遮断するように、結像面６０よりも表示部２０側に配置されている。例えば、遮光部材９０は、光軸方向においては、表示面２４から結像面６０まで遮光するように配置されている。なお、遮光部材９０は、表示面２４及び結像面６０の各々とは交差しないように配置されている。
【００８５】
本実施の形態では、遮光部材９０により互いに隣接する組７０間で光が遮断され、組間でのクロストークが低減される。
【００８６】
＜その他の変形例＞
次に、その他の変形例について説明する。
【００８７】
（縮小光学系と立体視用光学系の一体化）
上記の実施の形態では、縮小光学系と立体視用光学系とを別々の部材として構成する例について説明したが、縮小光学系と立体視用光学系とを一体化された１つの光学部材として構成してもよい。図１０は縮小光学系と立体視用光学系とが一体化された変形例を示す断面図である。図１０に示すように、この変形例では、縮小光学系部３０Ａと立体視用光学系部４０Ａとが一体化された光学部材１００が用いられる。
【００８８】
光学部材１００は、表示面２４と同じ曲率中心５０の周りに予め定めた曲率で横方向に湾曲した形状とされる。結像面６０は、光学部材１００内に位置することになる。図１に示す立体表示装置１０、図８に示す立体表示装置１０Ａ、図９に示す立体表示装置１０Ｂの各々において、縮小光学系３０と立体視用光学系４０とを配置する代わりに、光学部材１００が配置される。
【００８９】
光学部材１００は、例えば、縮小光学系３０として用いられるシート状のレンチキュラーレンズと、立体視用光学系４０として用いられるシート状のレンチキュラーレンズとを、貼り合わせて作製してもよい。シート状のレンチキュラーレンズは、凸部が形成される一方の側が「表面」であり、他方の側が「裏面」である。２種類のシート状のレンチキュラーレンズは、互いの凸部が外側を向くように、裏面同士が接着される。また、光学部材１００は、射出成型等により一体成型してもよい。
【００９０】
（表示面及び結像面の湾曲方向）
上記の実施の形態及び変形例では、表示面２４及び結像面６０の各々が視差画像の複数の画像片が並ぶ第１の方向（横方向）に湾曲している例について説明したが、これに限定される訳ではない。結像面６０に結像される第２の視差画像６２の解像度が、表示面２４に表示される第１の視差画像２２の解像度よりも高くなればよい。例えば、表示面２４及び結像面６０の各々を第１の方向と交差する第２の方向（縦方向）に湾曲させてもよい。この場合は、縮小光学系３０の複数の光学素子３２も縦方向に沿って配列される。
【００９１】
或いは、表示面２４及び結像面６０の各々を、横方向及び縦方向の両方に湾曲させてもよい。横方向及び縦方向の両方において、第２の視差画像６２の解像度が向上する。即ち、両方向に多視点化が図られる。この場合、表示面２４及び結像面６０の各々は球面となる。また、縮小光学系３０の複数の光学素子３２は、横方向及び縦方向に沿って二次元状に配列される。複数の光学素子３２が二次元状に配列された縮小光学系３０としては、フライアイレンズ等のレンズアレイが用いられる。レンズアレイとしては、セルフォックレンズ等のロッドレンズを束ねたレンズアレイを用いてもよい。
【００９２】
また、上記各実施形態で説明した立体表示装置の構成は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内においてその構成を変更してもよいことは言うまでもない。例えば、上記の実施の形態では、表示面及び結像面を同じ曲率中心の周りに予め定めた曲率で湾曲する曲面とする例について説明したが、第２の視差画像６２の解像度が向上すれば、表示面と結像面とを曲率中心の異なる曲面としてもよい。また、短冊状の部分画像や縮小部分画像の各々を平面として、湾曲面に沿って配列してもよい。
【符号の説明】
【００９３】
１           右眼用画像
１Ａ〜１Ｆ   画像片
２           左眼用画像
２Ａ〜２Ｆ   画像片
３           視差画像
４           レンチキュラーレンズ
４Ａ〜４Ｆ   凸部
５           右側視点
６           左側視点
７           視差バリア
７Ａ〜７Ｆ   開口部
１０         立体表示装置
１０Ａ       立体表示装置
１０Ｂ       立体表示装置
２０         表示部
２２         視差画像
２４         表示面
２６         部分画像
３０         縮小光学系
３２         光学素子
３４         レンズアレイ
３６         主面
４０         立体視用光学系
５０         曲率中心
５２         視点
６０         結像面
６２         視差画像
６４         縮小部分画像
７０         組
８０         拡散板
９０         遮光部材
１００       光学部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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